建筑垃圾再生骨料混凝土性能研究

丁雅博

(吉首大學(xué)張家界學(xué)院 湖南 張家界 427000)

引言

為了保護(hù)天然骨料資源，并盡量減少建筑與建筑垃圾對環(huán)境的影響，從建筑與建筑垃圾中獲得的再生混凝土骨料在過去20年里一直被認(rèn)為是結(jié)構(gòu)混凝土中天然骨料的替代品。目前公認(rèn)，使用再生混凝土骨料生產(chǎn)再生骨料混凝土是一項極具吸引力和前景的技術(shù)，可以節(jié)約自然資源和減少建造業(yè)對環(huán)境的影響。在過去的三十年里，人們對再生骨料的性能進(jìn)行了大量的研究，產(chǎn)生了大量有價值的試驗(yàn)結(jié)果[1][2]。

因此，為了更好地理解這種材料的性能，有必要對再生骨料混凝土的力學(xué)性能進(jìn)行研究。本文通過對有關(guān)再生混凝土力學(xué)性能的研究進(jìn)行了較為深入的總結(jié)。主要研究了再生混凝土的基本力學(xué)性能，如抗壓強(qiáng)度、彈性模量、應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系以及劈拉強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度的影響因素。為更進(jìn)一步研究再生骨料混凝土的應(yīng)用提供參考。

一、再生骨料混凝土抗壓強(qiáng)度

抗壓強(qiáng)度是公認(rèn)的混凝土最重要的力學(xué)性能，以下各小節(jié)總結(jié)了了水膠比、再生混凝土集料取代率、破碎前混凝土強(qiáng)度、再生混凝土混凝土的水泥砂漿含量和骨料粒徑對再生混凝土抗壓強(qiáng)度的影響[3][4]。

(一)水膠比的影響。水膠比被認(rèn)為是影響混凝土性能的最重要參數(shù)。水膠比對硬化后的再生骨料混凝土抗壓強(qiáng)度的影響已被廣泛研究。其中一些研究還考慮了總水灰比的影響，總水是指被細(xì)、粗集料吸收的有效水和飽和水之和。

由于再生骨料的多孔性質(zhì)，大量的砂漿將附著在骨料表面，加入再生骨料混合料中的總水量并不能準(zhǔn)確表示用粘結(jié)劑水合的實(shí)際水量，因?yàn)楹艽笠徊糠炙换旌衔镏械脑傺h(huán)集料吸收。因此對于相同的總水量的混凝土來說，再生骨料混凝土可以表現(xiàn)出與天然骨料混凝土相當(dāng)甚至更高的抗壓強(qiáng)度。這一意想不到的觀察結(jié)果可以用再生骨料混合料在水化過程中的實(shí)際含水量降低來解釋，這是因?yàn)榛厥盏墓橇衔矢摺?/p>

(二)再生骨料取代率的影響。再生骨料取代率對混凝土性能的影響已被廣泛研究。研究結(jié)果表明從立方體或圓柱形試樣獲得的混凝土的抗壓強(qiáng)度隨著再生骨料取代率的增加而降低。這可以根據(jù)再生骨料混凝土的微觀結(jié)構(gòu)來解釋，再生骨料混凝土在骨料和附著在再生混凝土骨料表面的舊砂漿(即舊砂漿)之間有一個額外的界面過渡區(qū)，而界面過渡區(qū)通常被認(rèn)為是混凝土中的薄弱環(huán)節(jié)。因此，在再生骨料取代率較大的混凝土中將存在界面過渡區(qū)，所以會導(dǎo)致較低的抗壓強(qiáng)度。

(三)破碎前混凝土強(qiáng)度的影響。只有少數(shù)研究集中在破碎前混凝土強(qiáng)度對再生骨料混凝土的抗壓性能的影響上。這些研究表明，隨著破碎前混凝土抗壓強(qiáng)度的增加而增加。這種影響在水灰比較低的試件中更為顯著。這一現(xiàn)象可以用具有不同水灰比混合料的不同破壞機(jī)理來解釋，在中低水灰比的混凝土中，新砂漿的強(qiáng)度和新老砂漿區(qū)域之間的界面張力一般高于再生混凝土骨料的強(qiáng)度。因此，這種混凝土的破壞是從再生混凝土骨料開始的，這些混凝土的整體抗壓強(qiáng)度取決于再生混凝土骨料的強(qiáng)度。

(四)再生混凝土骨料水泥砂漿含量和骨料粒徑的影響。再生混凝土骨料與天然骨料相比，通常具有較差的力學(xué)性能，因?yàn)槠浔砻娓街舜罅康乃嗌皾{，這是其高孔隙率和低骨料破碎的原因。如前所述，所附砂漿含量對再生骨料的抗壓強(qiáng)度有不利影響。混合料的抗壓強(qiáng)度隨所附砂漿含量的增加而減小。其次再生混凝土骨料的骨料粒徑與其表面附著的砂漿數(shù)量之間存在很強(qiáng)的相關(guān)性。隨著骨料粒徑的增加，附著在再生混凝土骨料表面的砂漿數(shù)量減少，所以抗壓強(qiáng)度增加。

二、再生骨料混凝土彈性模量

彈性模量是描述混凝土在初始線彈性階段軸向應(yīng)力應(yīng)變行為的重要力學(xué)性質(zhì)。本部分討論了再生骨料的密度、再生骨料取代率、骨料粒徑大小和附著砂漿含量對其彈性模量影響的研究結(jié)果[5]。

(一)再生骨料混凝土密度的影響。對于給定的水灰比，隨著再生骨料混凝土密度的提高，再生骨料混凝土將顯示出較高的彈性模量。這可以歸因于隨著再生骨料混凝土密度的增加，再生骨料混凝土中的塊體的強(qiáng)度和剛度增加。

(二)再生骨料混凝土取代率的影響。以前的研究表明，對于給定的混凝土配合比，再生骨料混凝土取代率的增加會導(dǎo)致彈性模量的下降。主要是傳統(tǒng)混凝土的彈性行為與其組成材料(即骨料和砂漿)和骨料-砂漿基質(zhì)界面過渡區(qū)的彈性行為密切相關(guān)。因此，由于粗骨料在混凝土混合料中所占的體積比例很大，因此粗骨料的性質(zhì)對混凝土的整體彈性行為有很大的影響。

(三)再生混凝土骨料粒徑和砂漿附著量的影響。以前的一些研究調(diào)查了附加砂漿含量對再生骨料混凝土彈性模量的影響，顯示了所附砂漿含量的增加將導(dǎo)致了較低的彈性模量的再生骨料混凝土。這可以歸因于再生混凝土骨料的彈性模量隨著砂漿含量的增加而降低，這是由于附著的砂漿具有固有的多孔性質(zhì)。

三、混凝土的應(yīng)力應(yīng)變特性

混凝土的結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計需要對其在受壓下的應(yīng)力應(yīng)變行為有一個清晰的認(rèn)識[5]。近年來，人們對碾壓混凝土的應(yīng)力應(yīng)變特性進(jìn)行了大量的研究。這些研究表明，再生骨料混凝土和天然骨料混凝土在軸向壓縮下的行為不同。隨著再生骨料取代率的增加，再生骨料混凝土的峰值壓縮強(qiáng)度降低，而其相應(yīng)的峰值應(yīng)變增加。

四、劈裂抗拉強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度

根據(jù)以前對再生骨料混凝土和天然骨料混凝土的研究來說，再生骨料混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度一般低于具有相同混凝土配合比的天然骨料混凝土[6][7]。本部分主要研究了再生骨料混凝土取代率、再生混凝土骨料粒徑對再生骨料混凝土的劈裂抗拉強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度的影響。

(一)再生骨料混凝土取代率的影響。以前的一些研究已經(jīng)調(diào)查了再生骨料混凝土取代率對劈裂抗拉強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度的影響。在大多數(shù)情況下，再生骨料混凝土取代率的增加會導(dǎo)致兩個劈裂抗拉強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度的降低，這歸因于再生混凝土骨料的抗拉強(qiáng)度低于天然骨料，隨著取代率的增加，劈裂抗拉強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度將降低。

(二)再生混凝土骨料粒徑的影響。再生混凝土骨料的骨料粒徑增加會導(dǎo)致再生骨料的強(qiáng)度增加。這種結(jié)果可以歸因于這樣一個事實(shí)，即骨料粒徑的減少，將增加集料表面粗糙度的增加，導(dǎo)致集料砂漿界面過渡區(qū)內(nèi)的應(yīng)力集中和裂紋擴(kuò)展增加，進(jìn)而導(dǎo)致集料砂漿界面過渡區(qū)的強(qiáng)度降低。

五、結(jié)語

本研究對再生骨料的基本力學(xué)性能進(jìn)行了較為全面的研究。詳細(xì)介紹了影響再生骨料混凝土基本力學(xué)性能包括抗壓強(qiáng)度、彈性模量、應(yīng)力應(yīng)變行為以及抗折強(qiáng)度和劈拉強(qiáng)度的各種潛在因素。得到如下結(jié)論：(1)再生骨料混凝土的抗壓強(qiáng)度、彈性模量、劈裂抗拉強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度隨再生骨料混凝土取代率的增加而降低。(2)再生骨料混凝土的抗壓強(qiáng)度隨有效水灰比的增大而增大，混合料的骨灰比越大，其抗壓強(qiáng)度越低。(3)粒徑較大或砂漿附著量較少的再生混凝土具有較高的抗壓強(qiáng)度、彈性模量、劈拉強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度。